翼伞系统自主归航的关键技术研究综述

探究翼伞系统的建模、航迹规划和轨迹跟踪控制三项关键技术,以支撑翼伞系统的自主归航在大规模装备空投补给、运载火箭助推器回收和自然灾难救援等场合的广阔应用前景。通过调研国内外翼伞系统的发展,对其三项关键技术的基本原理、常用方法和前沿技术进行对比分析和归纳概括,重点包括翼伞系统在复杂环境下的柔性建模技术和障碍空间内的航迹规划技术以及基于智能控制策略的轨迹跟踪技术。对翼伞系统自主归航关键技术的未来发展趋势进行总结和展望,有助于对翼伞系统的自主归航研究形成总体性认知并掌握其发展动向,将对后续翼伞系统自主归航的研究具有启示作用和借鉴价值。

翼伞系统在复杂环境下的组合式归航轨迹规划

在较为复杂的空投环境中进行翼伞系统归航任务时,必须考虑风场以及复杂地形的影响。针对该问题,本文将翼伞空投区域分为障碍区、过渡区以及着陆区,并提出一种基于风场下的复杂多约束条件的翼伞系统组合式航迹规划策略。在该方法中,将障碍区的复杂地形环境约束转化为实时路径约束,借助风场干扰下的翼伞系统模型,把控制量消耗最小作为目标函数并采用高斯伪谱法进行求解;为了使翼伞系统能更平滑精准地到达目标点,设立过渡区以实现翼伞系统控制量调整,并在着陆区采用分段归航的方式设计归航轨迹;最后基于改进Tent映射的混合混沌粒子群算法求解目标参数。仿真结果表明:与高斯伪谱法直接归航对比,本文方法规划出的航迹具有更好的可行性和实用性;与传统混沌粒子群算法相比,本文的改进混沌粒子群算法具有更好的收敛性,规划出的翼伞航迹具有更高的精准度。

“晚舟归航”直播:全媒体融合实施爱国主义主题宣传的实践探析

在全媒体时代,爱国主义主题宣传既要有宏大的主题,更要有生动的表达。2021年9月25日晚,孟晚舟乘坐中国政府包机抵达深圳宝安国际机场,重新回到祖国的怀抱。中央广播电视总台首发第一条快讯,独家视频全程直播,强势推出直播特别节目《总台独家直播|晚舟,欢迎回家!》。“晚舟归航”直播以大主题下的小切口、小故事和系列策划,呈现了生动而富有感召力的全媒体表达。

翼伞系统在较大风场中的归航控制

翼伞系统是一类特殊的柔翼飞行器,由于其飞行速度较低,容易受到风场的影响.针对翼伞系统在较大风场中难以准确跟踪归航轨迹、实现精确着陆,因此将风场中平均风的影响在轨迹规划中予以考虑,采用一种改进的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化分段归航轨迹;将紊流的影响作为外界的干扰,由线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)进行修正.仿真结果表明,该归航控制方法对提高翼伞系统在较大风场环境下的抗风性能和归航精度有重要意义.

GPS自动归航系统在变化风场中的轨迹

研究了全球卫星定位系统 ( GPS)自动归航系统在恒定风场中归航轨迹的计算 ,探讨了系统能够达到预定目标点的条件 ,给出系统在几种变化风场中的轨迹图。为了进一步验证归航轨迹能否回到预定点 ,给出了系统在变化风场中的仿真算法。并通过对仿真结果的分析 ,提出在系统着陆期间利用 GPS定位和测速数据实行逆风控制的方案。

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.

精确定点归航翼伞控制系统的研究

采用嵌入式归航控制器、双天线GPS定位定向仪、无线数传机、大力矩直流伺服电机等设备,自主设计归航控制、落点预置、遥控通讯和GPS数据处理等软件,研制具有自动归航和人工遥控归航2种工作模式的精确定点归航翼伞控制系统。其中,在自动归航模式下系统根据GPS收到的位置航向等信息控制翼伞向预设目标点靠近;而在人工遥控的模式下,由地面操作人员通过地面控制计算机发送无线遥控指令控制翼伞归航。对该控制系统进行系统地面联试和负载试验的验证。研究结果表明:本研究提供的控制系统满足了可控翼伞定点归航的需要。

翼伞系统自动归航轨迹的设计

从六自由度动力学仿真结果入手,分析了翼伞系统飞行的基本特性,在此基础上进一步简化了模型。对于分段规划法,详细介绍了其设计的思想和各阶段的特点,并根据不同的情况提出了一整套的归航方案。对于最优控制法,介绍了其建模过程,在求解中采用了单位为1的量和等数量级的预处理方法,以提高计算精度,也便于加权因子的选择。通过算例验证了两种方法的可行性,并通过对比说明了各自的特点,为工程实际的运用提供了一定的参考。

翼伞系统5段归航轨迹优化研究

为实现翼伞系统精确空投和方便归航过程下拉操控,需对翼伞归航轨迹分段处理并优化。建立翼伞系统高精度9自由度动力学模型,通过数值分析得到稳态滑翔比以及转弯角速率限值。以耗能最小为目标函数,耗时和转弯半径为输入变量,建立5段归航轨迹优化模型。将5段归航轨迹作为初始条件,利用伪谱法进行轨迹优化,给出归航最优参考路径,并对比分析了5段归航与直接归航过程能量损耗。仿真结果表明,所提出的5段归航轨迹优化策略,具有其控制量函数形式简单、便于应用的优点。

基于IAGA的翼伞系统分段归航轨迹的优化

归航轨迹的设计和优化对实现翼伞系统的精确空投至关重要。为了实现翼伞系统的准确、安全着陆,根据翼伞系统自身的可操纵性和基本运动特性,采用经典分段归航策略。利用各段轨迹的几何关系将轨迹优化问题转化为参数优化问题,并对基本遗传算法进行了改进,运用新的改进自适应遗传算法(IAGA)进行了有效的求解。仿真试验表明:此方法是可行的,并且所提出的算法可以有效地防止早熟,收敛速度更快;得到的归航轨迹也基本上能够实现定点和逆风着陆的要求。

基于量子遗传算法的翼伞系统归航轨迹规划

轨迹规划是翼伞系统自主归航任务的核心。针对归航轨迹规划,建立相应数学模型,提出了一种基于改进量子遗传算法的翼伞系统归航轨迹最优规划方法。在该方法中,首先引入非均匀B样条曲线拟合控制律,将轨迹规划最优控制问题转化为B样条基函数控制顶点的参数优化问题;然后采用改进的量子遗传算法对轨迹规划中目标函数进行寻优,从而引导并实现翼伞系统归航轨迹规划。对实际工况中不同初始条件下的翼伞系统进行归航轨迹规划仿真实验,结果表明,本方法是翼伞系统归航轨迹规划的一种有效方法,优化得到的控制律和轨迹符合翼伞系统自主归航控制的特点。

基于遗传算法带约束的翼伞系统归航轨迹设计

翼伞系统归航轨迹设计是一类带约束的最优控制问题,引入一种具有精英策略的遗传算法解决此类问题。为方便使用遗传算法,引入非均匀B样条曲线拟合控制律,将最优控制问题转化为B样条基函数控制顶点的参数优化问题,并针对归航终端等式约束,引入松弛因子将其转化为不等式约束,进而采用静态罚函数法处理。在2种不同初始条件下的归一化模型中进行仿真,并针对实际工程中着陆精度要求设定3种不同的松弛因子。仿真结果表明:使用本文的方法解算出的归航轨迹及其控制信息合理,是符合工程实际需求的一种有效方法。

基于IAFSA的四自由度翼伞分段归航设计

为实现翼伞系统的精确空投,需要对其归航轨迹作合理规划。根据翼伞系统自身的运动特性及操纵特性,采用分段归航策略。在四自由度翼伞模型下,利用各轨迹段的几何关系,建立表征轨迹优劣程度的目标函数。基于改进的人工鱼群算法,对目标函数进行参数寻优,进而得到轨迹的设计参数。仿真结果表明,所提出的改进方法能加快算法的收敛速度,所规划的轨迹满足了精确落点和逆风着陆的要求。

翼伞系统线目标归航方法

针对运载火箭助推器或子级无控坠落地面落点散布较大的情况,提出一种翼伞系统的线目标归航方法。建立了矩形边界下的归航计算模型,对点目标归航和线目标归航两种方法进行了收缩区域分析;对翼伞归航能力、落区散布边界特征对归航性能的影响进行对比分析,得到了相应的归航策略,并提出在较大散布区域下设置多个着陆区域的工程解决方案;建立动力学和操纵控制模型,对线目标归航过程进行了仿真。结果表明,所提方法对工程有一定的参考价值。

翼伞系统归航的最优控制

阐述了翼伞系统归航轨迹最优控制的建模。在求解过程中采用无量纲化和等数量级的预处理方法 ,提高了计算精度 ,使结果更直观 ,也便于选择加权因子。通过选择合适的加权因子 ,将有终端约束的单目标优化和无终端约束的多目标优化用同一程序求解。分析和总结了在不同初始条件下翼伞系统归航最优控制的特点 。

翼伞系统分段归航方向控制方法

分析了翼伞系统分段归航的轨迹,提出了一种翼伞系统分段归航的方向控制方法,分析了翼伞系统分段归航过程中各段对于方向控制的主要任务,探讨了位置控制和速度方向控制在翼伞系统分段归航控制程序设计时的优先权.

可控翼伞归航控制软件设计

为了解决航天器定点无损回收着陆及人员物资可控定点空投问题,研制了一种大型可控翼伞归航控制软件.本软件运行于大中型可控翼伞归航控制系统机载归航控制器上,采用分段归航控制算法和模块化软件设计结构,具有自动归航和人工遥控2种飞行模式,可对GPS提供的定位定向数据进行实时解码和运算,并自动输出控制信号操纵翼伞左右伞绳的收紧和放松,从而控制翼伞在指定区域着陆.该软件已经通过了分系统软硬件联合试验的验证.结果表明:该软件可以满足可控翼伞定点归航控制的需要,可广泛应用于精确定点空投及航天器、武器装备和运载火箭助推器定点回收着陆等领域.

翼伞系统分段归航轨迹的优化设计

针对翼伞系统定点着陆和定点回收的问题,采用分段归航的方法对归航轨迹进行设计。通过分析轨迹各段之间的几何关系,以提高落点精度和减少翼伞能量消耗为目标,将轨迹规划问题转变为参数寻优问题,根据翼伞初始高度的不同提出不同的归航方案,并针对同一翼伞初始位置点,分别考虑了翼伞采用左侧下拉操纵的方式和采用右侧下拉操纵方式的区别。仿真结果表明:翼伞全程采用左侧下拉操纵和全程采用右侧下拉操纵都能满足落点要求,但是两种操纵方式所消耗的能量并不相同,需要最终选择消耗能量少的轨迹作为最优轨迹;不同翼伞初始高度所选择的归航方案有所不同,对于大量高度冗余和高度适中的翼伞初始点,所设计的归航方案可满足落点精度的要求,对于翼伞初始高度低的情况,通过设计归航方案减少了落点误差,为系统研究翼伞的归航打下好的基础。

精确空投系统归航环境模型构建

分析了精确空投系统在归航过程中面临的各种环境因素,着重对地形、防空火力威胁和风场特性进行了模型构建.仿真结果表明,所构建的环境模型可为精确空投系统任务规划提供准确的环境威胁数据,从而可提高投送的精度.

翼伞归航准则及测风原理探讨

翼伞作为一种新型气动力减速器日渐受到空间回收技术重视。文中给出了具有非比例自动归航控制的翼伞系统的归航准则(考虑到风的影响)以及利用GPS测量数据计算风场的公式。